本发明专利技术提供了一种多孔结构皮芯导电纤维及织物基传感器。多孔结构皮芯导电纤维包括芯层和具有多孔结构的皮层，皮层的多孔结构通过气相诱导相分离法制备；织物基传感器通过若干组上下交错的多孔皮芯导电纤维织造成传感单元，组成传感整列，得到传感器。本发明专利技术提供的多孔结构皮芯导电纤维皮层厚度及孔隙调控简单，导电性能好。织物基传感器的感应效果好，灵敏度高，响应区间宽；且结构牢固，耐用性好，柔性好，能用于人体微信号、人体大动作及外界压力/拉力信号的检测；传感器便于集成，传感性能便于调控，可根据实际需求制备得到传感性能多样化的传感器，实际应用价值高；另外，传感器的制备工艺简单，成本低，适用于大规模的工业化生产。产。产。
【技术实现步骤摘要】
多孔结构皮芯导电纤维及织物基传感器
[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种多孔结构皮芯导电纤维及织物基传感器，更具体涉及一种多孔结构皮芯导电纤维及用多孔结构皮芯导电纤维制备的织物基压力传感器。
技术介绍
[0002]织物基传感器是通过将导电材料嵌入或整合到织物中制备而成的。与传统的刚性传感器相比，织物基传感器具有较好的柔性，易弯曲，轻质，透气，耐用且灵敏度高等优点。基于以上优点，织物基传感器能够与人体和皮肤的穿着性相适应，越来越广泛地应用到人体运动监测、软体机器人皮肤、医学生理信号监测和人机交互等领域。
[0003]碳纳米材料具有特殊的物理化学性质，外界条件变化时，自身导电网络结构发生变化，进而导致电阻发生变化。基于上述性能，碳纳米材料成为制备织物基传感器导电层的理想材料。传统的制备碳纳米材料方法为先纺丝，再经过拉伸、萃取等方法致孔，工艺流程繁琐，且得到的导电高分子复合纤维性能差。
[0004]申请号为CN201910359126.0的专利技术专利公开了一种具有皮芯结构的导电高分子复合纤维及其制备方法，通过湿法纺丝控制皮层和芯层的厚度，制备一种中空、多孔、皮芯结构的导电高分子复合纤维。该方法制备的多孔材料孔隙大小不均匀，导电效果受到限制。
[0005]申请号为CN202010420987.8的专利技术专利公开了一种纤维状柔性应变传感器及其制备方法，利用湿法纺丝技术同轴纺丝制备皮芯结构的应变传感器，传感器的芯层为弹性聚合物组成的不导电层，皮层为导电复合材料，根据导电复合材料在皮层中所占的比例，控制传感效果。该传感器传感原理为：当受到外界压力时，利用导电纤维的芯层的弹性形变引起皮层电阻变化，进而测定压力，因此对导电纤维原料种类要求较高，且传感性能可控性不高，传感器的灵敏度低，效果差。
[0006]有鉴于此，有必要设计一种改进的多孔结构皮芯导电纤维及织物基传感器以解决上述问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于提供多孔结构皮芯导电纤维及织物基传感器，解决现有多孔皮芯导电纤维孔隙大小不均匀，导电效果受限制及织物基传感器制备工艺流程繁琐，传感效率低的问题。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种多孔结构皮芯导电纤维，包括芯层和具有多孔结构的皮层；所述皮层是将皮层浆液涂覆于所述芯层表面，在固化过程中，通过气相诱导相分离法调控所述皮层的多孔结构。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述气相诱导相分离法包括：将皮层浆液涂覆于所述芯层表面后，将其置于气相沉淀剂的蒸汽流中，通过控制所述蒸汽流的质量浓度及通入时间，实现对皮层多孔结构的调控；其中，所述气相沉淀剂与所述皮层浆液中的溶剂互溶，且
不能溶解所述浆液中的溶质。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述皮层浆液中的溶剂为N
‑2‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺中的一种或多种；所述气相沉淀剂为水、乙醇或丙酮。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述具有多孔结构的皮层具有导电性；所述多孔结构皮芯导电纤维用于织物基压力传感器的制备，通过所述皮层的多孔结构的孔隙间距变化产生电阻值的变化，实现压力传感检测。
[0012]本专利技术还提供了一种织物基传感器，包括传感单元和用于采集所述传感单元信号的信号采集单元，所述传感单元包括至少两根上下交错的多孔导电纤维；当所述传感单元产生形变时，上下交错的所述多孔导电纤维之间的孔隙间距发生变化，进而产生电阻值的变化，实现压力传感检测。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述多孔导电纤维为皮芯导电纤维，且所述皮芯导电纤维的皮层为多孔结构，芯层为电极。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述多孔结构是将皮层浆液涂覆于所述芯层表面，在固化过程中，通过气相诱导相分离法调控制得；通过调控所述多孔结构的孔径大小及孔隙率，以实现对所述织物基传感器传感性能的调控。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述芯层为无机类、有机类、金属类或镀层类导电纱线。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述皮层浆液包括聚合物和导电填料；所述气相诱导相分离法的处理时间为5
‑
60min，蒸汽流的质量浓度为20％
‑
100％。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述传感单元是将若干组上下交错的所述多孔导电纤维经机织、缝纫或刺绣方式织造而成，最终得到传感整列。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019](1)本专利技术提供的多孔结构皮芯导电纤维，直接在芯层上涂覆浆液作为皮层，通过气相诱导相分离技术控制皮层孔隙结构，相比传统的纺丝技术，该方法整个工艺流程简单，皮层厚度及孔隙大小的调控方便，且孔隙均匀性好。另外，浆液中添加的聚合物使皮层材料具有弹性性能且使皮层结构更为牢固。
[0020](2)本专利技术提供的多孔结构皮芯导电纤维，皮层和芯层都可以制成导电层，使得制备的多孔结构皮芯导电纤维导电效果更佳，进而提高织物基传感器的灵敏度。
[0021](3)本专利技术提供的织物基传感器，为皮芯导电纤维上下交错组成的传感单元，皮芯导电纤维的皮层上有均匀的孔隙。如此设置，即使传感单元产生微小形变，皮层纤维交叉点之间的孔隙间距变化也会造成电阻值的变化，进而通过设置于芯层的电极传输至信号采集单元，实现压力传感检测，传感器的感应效果好，灵敏度高，响应区间宽。另外，传感器的传感单元由至少两根上下交错的多孔导电纤维织造而成，传感整列为网状结构，使得织物基传感器更为牢固，耐用性好。本专利技术制备的织物基传感器便于集成，传感性能也便于调控，可根据实际需求制备得到传感性能多样化的传感器，实际应用价值高。
[0022](4)本专利技术提供的织物基传感器，柔性好，能用于人体微信号检测(如脉搏、心率等)、人体大动作检测(行走、坐卧、屈伸等)及外界压力/拉力信号的检测等。
[0023](5)本专利技术提供的织物基传感器的制备方法，工艺简单，成本低，适用于大规模的工业化生产。
附图说明
[0024]图1为皮芯导电纤维皮层的成孔机理图。
[0025]图2为传感器的传感单元及传感机理图。
[0026]图3为气相沉淀剂处理不同时间时皮芯导电纤维皮层的扫描电镜图及多孔皮芯导电纤维的压力传感对比图。
[0027]图4为不同蒸汽的质量浓度处理时皮芯导电纤维皮层的扫描电镜图及多孔皮芯导电纤维的压力传感对比图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0029]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0030]另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多孔结构皮芯导电纤维，其特征在于：包括芯层和具有多孔结构的皮层；所述皮层是将皮层浆液涂覆于所述芯层表面，在固化过程中，通过气相诱导相分离法调控所述皮层的多孔结构。2.根据权利要求1所述的多孔结构皮芯导电纤维，其特征在于：所述气相诱导相分离法包括：将皮层浆液涂覆于所述芯层表面后，将其置于气相沉淀剂的蒸汽流中，通过控制所述蒸汽流的质量浓度及通入时间，实现对皮层多孔结构的调控；其中，所述气相沉淀剂与所述皮层浆液中的溶剂互溶，且不溶解所述皮层浆液中的溶质。3.根据权利要求2所述的多孔结构皮芯导电纤维，其特征在于：所述皮层浆液中的溶剂为N
‑2‑
甲基吡咯烷酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺中的一种或多种；所述气相沉淀剂为水、乙醇或丙酮。4.根据权利要求1至3中任一项所述的多孔结构皮芯导电纤维，其特征在于：所述具有多孔结构的皮层具有导电性；所述多孔结构皮芯导电纤维用于织物基压力传感器的制备，通过所述皮层的多孔结构的孔隙间距变化产生电阻值的变化，实现压力传感检测。5.一种织物基传感器，包括传感单元和用于采集所述传感单元信号的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，钟卫兵，明晓娟，丁新城，蒋海青，李沐芳，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：
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